9.4污水管网水力计算
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第九章污水管网设计与计算(1)污水管网总设计流量及各管段设计流量计算;(2)污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与水力计算;(3)污水提升泵站设置与设计;(4)污水管网施工图绘制等。
9.1污水设计流量计算9.11设计污水量定额设计污水量定额应根据相关规范选取。
在计算设计污水量时应明确,污水管网是按最高日最高时污水排放流量进行设计。
9.1."2污水量的变化污水量日变化系数Kd:指设计年限内,最高日污水量与平均日污水量的比值;污水量时变化系数Kh:指设计年限内,最高日最高时污水量与该日平均时污水量的比值;污水量总变化系数Kz:指设计年限内,最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值。
(1)居民生活污水量变化系数(2)工业废水量变化系数1."3污水设计流量计算(1)居民生活污水设计流量:(2)工业废水设计流量:(3)工业企业生活污水量和淋浴污水的设计流量:(4)公共建筑污水设计流量:(5)城市污水设计总流量:9.2管段设计流量计算9.2."1污水管网的节点与管段在设计计算时,将污水管网中流量和管道敷设坡度不变的一段管道称为管段;将该管段的上游端汇入污水流量和该管段的收集污水量作为管段的输水流量,称为管段设计流量;每个设计管段的上游端和下游端称为污水管网的节点。
9.2."2节点设计流量计算污水管网的节点流量是该节点下游的一条管段所连接的用户污水流量与该节点所接纳的集中污水流量之和,前者称为本段流量,后者称为集中流量。
9.2."3管段设计流量计算9.3污水管道设计参数3."1设计充满度在一个设计管段中,污水在管道中的水深h和管道直径D的比值称为设计充满度。
当h/D=1时,称为满管流;当h/D<1时,称为非满管流。
9.3."2设计流速与设计流量、设计充满度相对应的水流平均速度称为设计流速。
最小设计流速是保证管道内不产生淤积的流速。
最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。
污水管网的水力计算包括以下几个方面:⑴污水设计流量的确定城市污水总的设计流量是居住区生活污水、工业企业生活污水和工业废水设计流量三部分之和,在地下水位较高的地区,还应加入地下水涌入量。
当设计污水管道系统时,应分别列表计算各居住区生活污水、工业废水和工厂生活污水设计流量,然后得出污水设计流量综合表。
⑵污水管道的水力计算①水力计算的基本公式污水管道水力计算的目的,在于合理的经济的选择管道断面尺寸、坡度和埋深。
②污水管道水力计算的设计数据设计充满度:指的是在设计流量下,污水在管道中的水深和管道直径的比值。
设计流速:和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫做设计流速。
为了防止管道中产生淤积或冲刷,设计流速不宜过小或过大,应在最大和最小设计流速范围之内。
最小管径:一般在污水管道系统的上游部分,设计污水流量很小,若根据流量计算,则管径会很小,且易堵塞,因此,为了养护的方便,常规定一个允许的最小管径最小设计坡度:在污水管道系统设计时,通常使管道埋设坡度与设计地区的地面坡度基本一致,但管道坡度造成的流速应等于或大于最小设计流速,以防止管道内产生沉淀,因此,将相应于管内流速为最小设计流速时的管道坡度称为最小设计坡度。
③污水管道的埋设深度通常,污水管网占污水工程总投资的50%~75%,在实际工程中,同一直径的管道,采用的管材、接口和基础型式均相同,因其埋设深度不同,管道单位长度的工程费用相差比较大。
因此,合理地确定管道埋深对于降低工程造价是十分重要的。
④污水管道水力计算的方法在进行污水管道水力计算时,通常污水设计流量为已知值,需要确定管道的断面尺寸和敷设坡度。
为了使水力计算获得较为满意的结果,必须认真分析设计地区的地形等条件,并充分考虑水力计算设计数据的有关规定。
所选择的管道断面尺寸,必须要在规定的设计充满度和设计流速的情况下,能够排泄设计流量。
管道坡度应参照地面坡度和最小坡度的规定确定。
一方面要使管道尽可能与地面坡度平行敷设,这样可以不增大埋深,另一方面又要保证管道坡度不能小于最小设计坡度的规定,以免管道内的流速达不到最小设计流速而产生淤积。
第二章污水设计1.1 排水体制选择1.1.1 排水系统规划设计原则(1)排水系统规划应符合城市和工业企业的总体规划,并应与城市工业企业中期他单项工程建设密切配合,相互协调,该现成的道路规划、建筑界限、设计规模对排水系统的设计有很大的影响。
(2)排水系统设计要与邻近区域的污水和污泥处理和处置协调。
(3)考虑污水的集中处理与分散处理。
(4)设计排水区域内需考虑污水排水问题与给水工程的协调,以节省总投资。
(5)排水工程的设计应全面规划,按近期设计考虑远期发展。
(6)排水工程设计师考虑原有管道系统的使用可能。
(7)在规划设计排水工程时必须认真观测执行国家和地方有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。
1.1.2 排水系统体制的选择排水系统体制应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原油排水设施、水质、水量、地形、对条件确定。
(1)从环境保护方面来看如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理,然后再排放,从控制和防止水体的污染来看,是较好的,但这时截流主干管很大,污水厂容量也增加很多,建设费用也相应增加。
采用截流是合流制时,雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体,水体受到污染。
分流制排出污水和雨水,初雨径流未加处理就直接排入水体,对城水体也会造成污染,但它比较灵活,比较容易适应社会发展的需要,故应采用分流制。
(2)从造价方面来看合流制排水管道的造价比分流制一般要低20%-40%,可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。
(3)从维护管理方面来看晴天时污水在合流制管道中只是部分流,雨天时才接近满管流,因而雨天时合流制管道内流速较低,易于产生沉淀。
但据经验,管中的沉淀易被暴雨水流冲走,这样,合流管道的维护费用可降低。
但是,晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大,增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。
而分流制系统可以保证管内的流速,不致发生沉淀,同时,流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多,污水厂的运行易于控制。
13-14192.315.383000.0030.620.380.1140.576914-15147.432.63500.0030.750.460.1610.442215-16251.944.993500.0030.810.560.1960.755716-17469.8569.594000.0030.90.590.236 1.4095517-18157.987.684500.0030.950.560.2520.473718-19185.4599.374500.0030.980.610.27450.5563519-20173.25120.795000.003 1.030.580.290.5197520-21134.75137.325000.003 1.060.630.3150.404252月21日200.9146.375000.003 1.080.650.3250.602722-23195.223.673000.0030.690.490.1470.585623-24199.438.233500.0030.780.510.17850.598224-25204.355.123500.0030.840.640.2240.612925-26463.4588.784500.0030.960.570.2565 1.3903526-27164.15105.574500.0030.990.630.28350.4924527-28176.4119.475000.003 1.030.570.2850.529228-29203.4134.085000.003 1.060.620.310.61025月29日307.4157.166000.003 1.110.50.30.922230-31170.234.663500.0030.760.480.1680.510631-32233.8553.983500.0030.840.630.22050.7015532-33584.982.754500.0030.940.540.243 1.754733-34234.8109.615000.003 1.010.540.270.704434-35237.65125.335000.003 1.040.590.2950.7129535-36155.45153.326000.003 1.10.490.2940.46635Sep-36296.75178.66000.003 1.140.540.3240.890251月2日361.210.933000.00360.60.310.093 1.300322月3日327.4152.246000.003 1.10.490.2940.98223月4日285.35157.56000.003 1.110.50.30.856054月5日266.8160.646000.003 1.110.510.3060.80045月6日278.45294.577000.003 1.290.570.3990.835351号污水干管水力计算表管段编号管道长度L (m )设计流量Q (L/s )管径D(mm )坡度I流速v (m/s )充满度降落量IL(m )h/Dh(m)2号污水干管水力计算表管段编号管道长度L (m )设计流量Q (L/s )管径D(mm )坡度I流速v (m/s )充满度降落量IL(m )h/Dh(m)备注:1、2号污水干管的埋设深度根据最小覆土厚度的限制并参考当地地形条件,依据技术经济指标及施3号污水干管水力计算表管段编号管道长度L (m )设计流量Q (L/s )管径D(mm )坡度I流速v (m/s )充满度降落量IL(m )h/Dh(m)备注:3号污水干管的埋设深度除考虑以上条件外,还受到工厂3的影响,由于资料给定工截流污水干管水力计管段编号管道长度L (m )设计流量Q (L/s )管径D(mm )坡度I流速v (m/s )充满度降落量IL(m )h/Dh(m)6月7日326.2296.637000.003 1.290.580.4060.9786 7月8日255.95298.367000.003 1.30.580.4060.76785 8月9日201.75298.367000.003 1.30.580.4060.60525 9月10日166.85438.318000.003 1.430.590.4720.50055 10-污水厂165.95438.318000.003 1.430.590.4720.497851月2日361.210.933000.00360.60.310.093 1.30032 2月3日327.4152.246000.003 1.10.490.2940.9822 3月4日285.35157.56000.003 1.110.50.30.85605 4月5日266.8160.646000.003 1.110.510.3060.8004 5月6日278.45294.577000.003 1.290.570.3990.83535 6月7日326.2296.637000.003 1.290.580.4060.9786 7月8日255.95298.367000.003 1.30.580.4060.76785 8月9日201.75298.367000.003 1.30.580.4060.60525 9月10日166.85438.318000.003 1.430.590.4720.5005510-污水厂165.95438.318000.003 1.430.590.4720.49785截流污水干管水力计管段编号管道长度L(m)设计流量Q(L/s)管径D(mm)坡度I流速v(m/s)充满度降落量IL(m)h/D h(m)起点终点起点终点起点终点起点终点95.7595.6794.5693.9994.4593.87 1.301.8095.6795.594.0893.6493.9293.48 1.752.0295.595.1493.6892.9293.4892.73 2.02 2.4195.1494.592.9191.5092.6891.27 2.46 3.2394.594.2591.4790.9991.2290.74 3.28 3.5194.2594.0191.0290.4690.7490.19 3.51 3.8294.0193.7590.4389.9190.1489.62 3.87 4.1393.7593.3389.9389.5389.6289.21 4.13 4.1293.3392.9989.5488.9389.2188.614.124.38起点终点起点终点起点终点起点终点96.696.3395.4594.8695.3094.71 1.301.6296.3395.9994.8494.2494.6694.07 1.67 1.9295.9995.5894.2993.6894.0793.45 1.922.1395.5894.7593.6192.2293.3591.96 2.23 2.7994.7594.592.2591.7591.9691.47 2.79 3.0394.594.191.7191.1891.4290.89 3.08 3.2194.193.6791.2090.5990.8990.28 3.21 3.3993.6792.9890.4889.5690.1889.263.493.72起点终点起点终点起点终点起点终点97.8997.4795.5695.0595.3994.88 2.50 2.5997.4796.795.1094.4094.8894.18 2.59 2.5296.794.9794.3292.5794.0892.32 2.62 2.6594.9794.5692.5491.8492.2791.57 2.70 2.9994.5694.1291.8691.1591.5790.86 2.99 3.2694.1293.7691.0590.5890.7690.29 3.36 3.4793.7692.9690.6189.7290.2989.403.473.56起点终点起点终点起点终点起点终点93.2992.9992.0890.7891.9990.69 1.30 2.3092.9992.9890.6889.7090.3989.41 2.60 3.5792.9892.9789.7188.8589.4188.55 3.57 4.4292.9792.9788.8688.0688.5587.75 4.42 5.2292.9792.9988.0587.2187.6586.825.326.17水干管水力计算表标 高(m )埋设深度(m )地面水面管内底水干管水力计算表标 高(m )埋设深度(m )地面水面管内底形条件,依据技术经济指标及施工方法而定.标 高(m )埋设深度(m )地面水面管内底给定工厂3的出口埋深为1.5m,综合考虑取埋深为2.5m。
9.4污水管网水力计算
一、不计算管段的设计
在设计计算中,应首先考虑“不计算管段”。
按规范规定,在街区和厂区内最小管径为200mm,在街道下的最小管径为300mm,通过水力分析表明,当设计污水流量小于一定值时,已经没有管径选择的余地,可以不通过计算直接采用最小管径,在平坦地区还可以直接采用相应的最小设计坡度。
=O.014时,对于街区和厂区内最小管通过计算可知,当管道粗糙系数为n
M
径200mm,最小设计坡度为4‰,当设计流量小于9.19L/s时,可以直接采用最小管径;对于街道下的最小管径300mm,最小设计坡度为3‰,当设计流量小于
14.63L/s时,可以直接采用最小管径。
二、坡度较大地区管段的设计
当管段敷设地点有一定的地形坡度可以利用时,管道可以沿着地面坡度敷设。
其特点是,管段一般会具有比较大的流速,满足规范要求的最小流速一般不成问题,在选择管段直径时主要考虑满足最大充满度要求的问题,也就是说要选用满足最大充满度要求的最小直径,在同样满足最大充满度要求的情况下,选择较大的管径是没有经济意义的。
已知L = 190 m,Q = 66 L/s,I = 0.008(上端地面高程44.50 m,下端地面高程42.98 m),上游管段D=400 mm,h/D = 0.61,其下端管底高程为43.40 m,覆土厚度0.7 m。
求:管径与管底高程。
解(法一、二):本例特点是地面坡度充分,偏大。
上游管段下端覆土厚度已为最小容
径可以较上游小l或2级。
下面计算管底高程。
D = 350 mm,Q = 66 L/s,I = 0.008时查图得h/D = 0.53,v ≈ 1.28 m /s,合格。
采用管底平接(为什么?)
设计管段上端管底高程 = 上游管段下端管底高程 = 43.40(m)
设计管段下端管底高程 = 设计管段上端管底高程43.40 - 设计管段降落量190×0.008 = 41.88(m)
(5)如果采用地面坡度作为管道设计坡度时,设计流速超过最大流速,这时管道设计坡度必需减少,并且设计管段上端窨井应采用跌水井。
解(法三)
(1)i=I=0.008
(2)已知q、i、h/D 求计算管径D,并确定标准管径
(3)已知q、i、标准D求h/D、v
三、平坦或反坡地区管段设计
根据水力分析可知,在一定的设计流量下,采用较大的管径可以降低坡度要求,但当管径大到一定值时,管内流速将小于规范要求的最小流速,管径再加大时,为满足最小流速要求必须加大水力坡度,显然是不经济的。
通过计算可以列出不同设计流量范围内的最大管径供设计参考。
五、注意问题
<实例>
一、由地形图量得或实测 二、由管段设计流量表抄写 三、由地形图量得
四、地面坡度=管段长度
管段上下端地面高差
,作为管段坡度设计的依据。
五、确定管段设计参数(q 、 v 、 I 、 h/D 、 D)
1.已知5个参数中的任意3个求另外2个。
5个参数q 、v 、i 、h/D 、D 相互制
约(21
322132)/,()/,(1,.)/,(1D h D R D h D A n q I D h D R n v m
m ==),存在一个试算过程。
2.要尽量降低管道敷设坡度,以减少埋深。
3.下游管段比上游管段的管径大1-2级(一级为50)或相等; 4.随着流量的增加,下游管段的流速比上游管段的流速也要增加;
六 :水深D
h
D h ∙=
七、进行管段衔接:
(1)经分析确定节点1点为控制点,埋深为2.00m ,由此确定1-2管段上端的埋深为2m 。
再由此填写本栏1-2管段其它的相关数据;
(2)1-2管段与2-3管段采用管顶平接,由此确定2-3管段上端的管底标高83.82,再由此确定本栏2-3管段其它数据;
(3)2-3管段与3-4管段采用水面平接,由此确定3-4管段上端的水面标高83.302,再由此确定本栏3-4管段其它数据;
(4)3-4管段与4-5管段采用管顶平接,由此确定4-5管段上端的管底标高82.590,再由此确定本栏4-5管段其它数据;。
(5)4-5管段与5-6管段采用水面平接,由此确定5-6管段上端的水面标高82.294,再由此确定本栏5-6管段其它数据;
(6)5-6管段与6-7管段采用管顶平接,由此确定6-7管段上端的管底标高81.42,再由此确定本栏6-7管段其它数据;。